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    5000 ojos en el cielo:los científicos coreografían robots para observar galaxias distantes

    Los científicos han comenzado a operar el instrumento espectroscópico de energía oscura, o DESI, para crear un mapa tridimensional de más de 30 millones de galaxias y cuásares que les ayudará a comprender la naturaleza de la energía oscura. Crédito:Marilyn Sargent / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley

    Desde 2005, Los científicos han estado escaneando el cielo nocturno para crear un mapa tridimensional de nuestro universo con el propósito de arrojar luz sobre uno de los mayores misterios de la física:la naturaleza y la identidad de la energía oscura y la materia oscura. Ese esfuerzo está a punto de obtener una actualización masiva con la instalación y prueba exitosa del Instrumento espectroscópico de energía oscura, o DESI.

    Los científicos instalaron recientemente DESI en el Observatorio Nacional de Kitt Peak en Arizona. El dispositivo cuenta con 5, 000 fibras ópticas, cada uno diseñado para recolectar luz de una sola galaxia. DESI permite a los científicos recopilar 20 veces más datos que las encuestas anteriores.

    Un instrumento anterior en un telescopio diferente, el instrumento de estudio espectroscópico de oscilación bariónica, requirió colaboradores para perforar 1, 000 agujeros en grandes placas de metal que sostenían fibras en una configuración que coincidía exactamente con la posición de las galaxias conocidas en una pequeña porción del cielo nocturno. Cada vez que los científicos querían obtener imágenes de nuevas galaxias, se tuvo que perforar una nueva placa e insertar las fibras a mano.

    Con DESI, Los investigadores han relegado el arduo trabajo de localizar ubicaciones de galaxias a una colmena de 5, 000 tubos robóticos en forma de lápiz. Los posicionadores tienen una precisión de varios micrómetros, aproximadamente una décima parte del ancho de un cabello humano, y son capaces de moverse por sí mismos para enfocar galaxias distantes.

    Las imágenes que toman no son fotografías ordinarias. En cambio, los científicos están interesados ​​en el tipo de luz que emiten las galaxias. Todas las galaxias están en movimiento en su mayoría alejándose unos de otros debido a la expansión del universo. Y la luz de aquellos que se alejan de nosotros se extiende a las bajas frecuencias, parte roja del espectro, de la misma manera que las ondas sonoras de una sirena se estiran cuando pasa una ambulancia.

    Los científicos pueden utilizar estas señales desplazadas al rojo para crear un mapa tridimensional de nuestro universo que se remonta a 11 mil millones de años en su incipiente pasado. Al analizar la distribución de las galaxias a través del espacio y el tiempo, Los científicos pueden entonces hacer inferencias sobre la naturaleza de la materia oscura desconocida que une a las galaxias y la de la energía oscura. que los separa.

    Los investigadores completaron la primera ronda de pruebas en los posicionadores robóticos en noviembre pasado.

    "Me complació ver que los posicionadores se trasladaron a donde les dijimos que fueran cuando encendimos el instrumento, "dijo Stephen Kent, científico del Fermilab del Departamento de Energía. "Con un sistema tan complejo, nunca se sabe dónde puede tener problemas ".

    Se logró un segundo hito en enero cuando los posicionadores se apuntaron con precisión a más de 2, 000 estrellas simultáneamente.

    "Ese fue el momento en que pudimos comenzar a trabajar en ciencia, no solo ingeniería, "Dijo Kent.

    Durante esta fase de prueba, Los investigadores implementaron un paquete de software llamado Platemaker, que fue diseñado por Kent y el científico Eric Neilsen en Fermilab.

    Crédito:Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi

    El software es un actor clave en la coreografía del movimiento de los 5, 000 posicionadores robóticos simultáneamente, especialmente porque los posicionadores a veces pueden interferir entre sí.

    "Como decisión de diseño del instrumento desde el principio, permitimos que los robots alcancen las zonas de patrulla de los demás, "dijo Joseph Silber, ingeniero en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley e ingeniero principal en el plano focal. "Eso significa que pueden chocar, y no deberían ".

    Desde entonces, Kent y su equipo han estado afinando el código en Platemaker para mejorar la precisión con la que se pueden ubicar los posicionadores.

    El software guía a los posicionadores robóticos en un proceso de varios pasos para localizar galaxias. Primero, el plano focal, una gran estructura metálica que mantiene los posicionadores en su lugar, debe apuntar a la parte correcta del cielo. Así como los viejos navegantes marítimos usarían la posición de las estrellas para guiar su camino, 10 cámaras de alta resolución integradas en el plano focal capturan y analizan la luz de las estrellas, lo que permite a los investigadores orientar el telescopio.

    Estos movimientos para posicionar el plano focal deben ser increíblemente precisos para que cada fibra reciba la mayor cantidad de luz posible de su galaxia asignada. Empujado incluso un poco fuera del objetivo, y la fibra se llenará solo parcialmente con la luz de su galaxia. Pero cuando se coloca como se diseñó, cada fibra se llenará completamente con la luz de su galaxia, con un mínimo de antecedentes.

    Una vez que el telescopio apunte en la dirección correcta, los posicionadores robóticos comienzan un intrincado vals mecánico, escudriñar profundamente en el cielo para detectar fuentes de luz demasiado débiles para que los ojos humanos las vean.

    Su alto grado de precisión los lleva a la mayor parte del camino hacia la galaxia deseada, pero el ángulo aún puede estar ligeramente desviado para algunos. Para conseguirlos el resto del camino, DESI tiene una cámara CCD instalada en el espejo principal del telescopio, que mira hacia el plano focal. Los investigadores utilizan una fuente de luz incorporada para iluminar las fibras incrustadas en los posicionadores robóticos. Las fibras proyectan los pequeños puntos de luz resultantes a la cámara CCD, que luego los imagina. El software Platemaker compara las posiciones de las fibras en las imágenes con el lugar en el que deberían estar apuntadas en función de los mapas de estrellas detallados de estudios anteriores.

    Luego, el software calcula qué tan lejos está cada posicionador del objetivo deseado, después de lo cual otro sistema puede moverlo el resto del camino hacia su galaxia designada.

    "Es un proceso de modelado muy complicado, que nos ha llevado unos años averiguarlo, "Dijo Kent.

    Con el trabajo más duro ahora completo, investigadores, que están teletrabajando actualmente, planean terminar de probar el software cuando regresen al sitio.

    DESI está programado para operar por un total de cinco años, durante ese tiempo medirá los desplazamientos al rojo de más de 30 millones de galaxias y cuásares, un tipo de agujero negro masivo. Luego, los científicos pueden usar esta información para determinar si la concentración de energía oscura ha cambiado a lo largo de la historia de nuestro universo y cómo ha cambiado.


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